锂电池制造工艺控制技术分析！（涂布，叠片，分切，化成，分容）

1锂电池制造工艺

锂电池制造工艺主要包括： 极片制造、电芯制造、封装和测试。 在极片制造环节，锂电池生产厂家通常会根据客户需求对电池材料进行挑选，并按照配方要求将原材料投入搅拌槽中，经过混合、搅拌、研磨等工序制成粉状固体，再将其放入涂布机中进行涂布，涂完后送入压片机中进行压实和切片，将切好的片料送入卷绕设备中卷绕成圆柱状后，再经过封装和测试设备对电池进行封装。

在电芯制造环节，锂电池生产厂家会根据客户需求对电池材料进行挑选，并将其投入电池生产设备中进行电芯制造。图1是锂电池的制造流程图。

2 锂电池制造工艺控制技术

2.1 涂布工艺控制技术

涂布工艺是将浆料涂覆于铜箔等导电材料上，形 成具有一定厚度和均匀性的导电浆料，再利用涂布机 在铜箔上涂布导电浆料，形成具有一定厚度和均匀性 的导电集流体，通过干燥、活化、热分解、烧结等工 序，形成锂离子电池极片。涂布工艺控制技术主要包 括辊式涂布设备、涂布机控制系统、电极张力控制系 统、在线测量系统和其他辅助设备等。

（1）辊式涂布设备 ： 由上辊、下辊、侧辊和下压 板等组成，通过旋转进行压实和辊压，实现浆料的均 匀涂覆。该设备一般用于生产高精度锂电池极片，主 要用于卷芯极片的生产。

（2）涂布机控制系统 ： 涂布过程中，上辊与下辊 之间形成的压紧力和牵引力决定了浆料在辊上的均匀 涂覆。上辊与下辊之间形成的压紧力是保证浆料在辊 面上均匀涂覆的必要条件。该系统一般用于卷芯极片 生产。

（3）在线测量系统 包括实时在线检测设备和远程 数据传输系统。实时在线检测设备是对卷芯极片进行 在线测量，主要用于检查极片质量 ；远程数据传输系 统是对卷芯极片进行远程在线测量，主要用于生产过 程中的数据分析和指导生产。

（4） 其他辅助设备包括保护装置、烘干设备、除 尘设备等，它们主要用于提高电池极片质量和降低能 耗。其中，保护装置主要用来保护辊子不被损坏 ；烘 干设备主要用来控制涂层厚度、均匀性和卷芯的热稳 定性 ；除尘设备是为了防止灰尘进入极片内部影响其 质量和安全性。

2.2 极片制造技术

极片是锂电池的关键部分，其质量好坏直接影响 着电池的性能。锂电池极片的主要材料是碳材料，根 据材料不同可以分为石墨、天然石墨和人造石墨。在 锂离子电池中，目前常用的碳正极材料有软碳、硬碳 和石墨三种。此外，还有很多 其他的正极材料，如锰酸锂、钴酸锂、镍锰酸锂等， 均可用于制备锂电池。在制备电池极片的过程中，需 要对原材料进行化学处理和涂布成型等，这两个过程 是锂离子电池极片制造的关键环节。

在涂布成型过程中，需要将原材料经过涂布机的 涂布、干燥和辊压等步骤形成不同形状的电极极片。 目前，在生产极片过程中主要采用辊压机进行辊压成 形。而在辊压成形过程中，对压力、温度和速度等参 数进行有效控制是至关重要的。具体来讲，就是要根 据涂布机和辊压机各自的特性及生产工艺要求来调整 压力和温度等参数。此外，还需要考虑材料、模具和 设备之间的匹配关系，以保证极片的平整度和厚度均 匀性。

在实际生产过程中，要想得到性能良好的极片，

需要根据不同材料特点采取相应措施来控制。具体来 讲，对于天然石墨来说，其表面光滑且质地坚硬、不 易碎裂，具有良好的导电性 ；而对于硬碳来说，其表 面粗糙且质地疏松、不易碎裂 ；对于锰酸锂来说，其 具有较强的腐蚀性和不安全性，在制备过程中需要注 意对其进行保护处理。此外，还需要根据不同材料性 质采用不同涂布方法和工艺参数来制备极片。例如在 制备软包软锂电池时就需要采用涂布法制备极片。

2.3 涂布工艺

涂布是锂电池制造过程中非常重要的一个工艺环 节，浆料通过辊压成膜的方式，形成具有一定厚度的 薄膜，以满足锂电池正负极材料的接触。涂布过程中 需要控制好涂布量和涂布速度两个重要参数。

（1）通过辊压工艺将浆料涂在钢辊表面，形成一 定厚度的薄膜。然而，由于锂电池极片的厚度一般在 10μm以下，而涂布的厚度一般在100μm以上。因 此，在生产过程中，需要根据产品所需的性能要求来 确定涂布厚度和涂布速度。若使用高速设备进行生产 时，一般建议设定较高的涂布量来保证极片的厚度及 性能。

（ 2）辊压是将浆料涂在钢辊表面上形成薄膜的工 艺过程。因此，控制辊压工艺中钢辊表面的粗糙度及 辊压压力就显得非常重要。同时，为了避免在辊压过 程中浆料产生粘连现象，需要控制好辊压辊面与电极 之间的距离及辊压压力。另外，为了保证浆料能在辊 压过程中充分混合均匀，需要控制好浆料中各组分之 间的比例关系，以及浆料在辊压过程中保持稳定状态。

（ 3）在涂布速度方面，为了保证极片不产生气泡、 皱皮或毛刺等现象，一般采用较低速度进行涂布。但 是，高速设备在高速运行时会产生较大的热量和风压 压力，会造成浆料温度升高和浆料流动不均匀等现 象。因此在设计工艺时应充分考虑这些因素对设备的 影响，并进行相应优化以提高生产效率。

此外还应注意控制好涂布厚度和涂布量两个参数 之间的关系。一般来说，需要根据产品性能要求确定 涂布量并控制好涂布量。涂布量过大会造成材料浪费、 涂布不均匀或表面缺陷等问题 ；涂布量过小会造成产 品厚度不均、边缘效应等问题。

2.4 叠片工艺

锂电池叠片的主要目的是将多个小电芯叠放在一 起，形成大容量的电池，以满足电动汽车或者储能系 统的使用要求。由于锂电池材料特性、生产工艺等方 面的原因，目前主要采用钢壳电池和铝壳电池两种形 式。由于铝壳电池具有质量轻、易运输等特点，目前 应用较为广泛。在铝壳电池中，主要采用叠片式结构， 具有更高的比能量和能量密度。

叠片工艺中最关键的技术是极片与隔膜之间的贴 合质量，也是叠片工艺控制技术的核心。具体来说， 需要解决以下两个方面的问题。

一方面是指电极材料与隔膜之间的贴合要紧密， 不能出现虚焊、脱焊等现象 ；另一方面是指在复合过 程中，如果电极材料出现折叠、变形、折叠边缘破损 等现象，也会影响其贴合质量。电池内阻要小，以减 少电极之间的接触电阻 ；在复合过程中，电极材料与 隔膜之间的接触电阻要小。对以上两方面进行控制和 保证时，需要对极片和隔膜两个材料进行检测，保证 材料质量和厚度公差符合要求。

2.5分切工艺

分切工艺是在生产过程中对电池进行分切的工 序，主要作用是将电池的正负极分开。锂电池的分切 主要包括隔膜和极片。目前，锂电池分切设备主要有 以下三类。

（1）卷式分切设备 ： 卷式分切中，卷式分切机采 用高速卷绕技术，具有高效率、高精度、低成本等优 点。但是，卷式分切机对工艺要求较高，对操作人员 的技术要求较高。

（ 2）激光切割设备 ： 激光切割具有切割精度高、 速度快、效率高等优点，是目前国内锂电池企业中比 较常见的一种分切设备。目前，国内激光切割技术主 要有单轴和多轴两种。单轴激光切割机主要采用脉冲 式激光切割机，通过高速的脉冲激光器对电极进行加 热，实现电极的切割 ；多轴激光切割机则采用多个高 速的刀轴对电极进行切割。国产的高速多轴激光切割 机也已经开始量产化。

（ 3）超声波切割设备 ： 超声波分切机采用超声波 传感器对电极进行检测，利用超声波发生器产生高频 振荡信号，通过换能器转换成机械振动而传播，在声 波作用下产生局部高温使电极熔化或者使塑料熔化或 气化，从而达到将电极材料和塑料分开的目的。超声 波分切机可以实现自动上料和下料、自动进给、自动 定尺、自动分条和自动收集等功能。

总之，在锂电池的生产制造过程中，从极片制造 到电芯组装，工艺控制技术主要包括极片制造工艺控制 技术、涂布工艺控制技术和电芯组装工艺控制技术等。 随着锂电池应用领域的不断扩大和其安全性能的提升， 对锂电池生产制造中的各个环节都提出了更高的要求。 为保证锂电池在安全、可靠的前提下实现大规模应用， 需要在各个生产环节中采取更加严格、精细的工艺控制 手段。此外，在锂电池制造过程中还涉及化学活性物质、 隔膜、电解液、黏结剂等多种材料的配合和应用，这也 是一个复杂而又非常关键的过程。

2.6 化成工艺

化成是电池在充放电循环过程中，锂电池内部的 正负极材料与电解液之间发生化学反应，形成新的电 极反应产物，同时释放出大量的热，进而降低电极活 性物质的极化。通过化成可以使锂电池内阻增加、容 量衰减，最终达到提高锂电池循环性能的目的。化成 过程主要包括如下。

①化成前准备 ：将极片、隔膜、集流体等材料进 行干燥；②化成：将锂片在化成炉中化成；③后处理： 对化成后的电池进行过充、短路、过放等一系列物理 和化学测试，并对测试结果进行分析与整理 ；④极片 的分容 ：对电芯进行分容，将电芯进行分容后与标准 电芯对比检测。极片分容是锂电池制造过程中非常关 键的一个环节，可以将容量偏差较大的电芯进行重新 组装，以提高容量偏差较小的电芯的循环寿命。

锂电池在充放电过程中会产生热量，通过化成可 以使锂电池温度降下来。在电池温度降下来之后，再 对电池进行恒流充电，增加电流可以将电池中的热量 释放出来。在充放电循环过程中，锂电池内部会发生 极化现象，在极片中会产生一些杂质颗粒。通过化成 可以去除这些杂质颗粒，提高锂电池内部的电阻率， 同时提高锂电池的容量。锂离子在充放电循环过程中 会发生迁移现象，通过化成可以防止锂离子在充放电 过程中迁移。

2.7 分容工艺

分容是指将单体电池从成组后的电池中取出，进 行容量测试，根据容量来判定电芯的质量好坏，然后对 电芯进行装配。分容工艺主要包括分容机、分容钢带和 分容设备。目前，分容工艺主要有两种方式 ：一种是直 接从成组后的电池中取出 ；另一种是对成组后的电池进 行放电。锂离子电池的分容是指将单只电芯从极片上分 离出来，然后再将多只电芯重新组装成单只电池。锂离 子电池的分容工序主要包括 ：电芯下料、极片裁剪、分 选和分容钢带的裁切、分容设备的安装调试。锂离子电

声明： 本网站所发布文章，均来自于互联网，不代表本站观点，如有侵权，请联系删除。